JP2009187594A - Method for forming micropattern, and substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細パターン形成方法及び基板に関し、更に詳しくは、パターン転写により基板上に凸状又は凹状の微細パターンを形成する微細パターン形成方法、及び、そのような形成方法により形成された微細パターンを有する基板に関する。 The present invention relates to a fine pattern forming method and a substrate, and more specifically, a fine pattern forming method for forming a convex or concave fine pattern on a substrate by pattern transfer, and a fine pattern formed by such a forming method. It is related with the board | substrate which has.
近年のデジタル情報化社会の急速な発展に伴い、代表的なストレージデバイスである光ディスクの大容量化が求められており、各所で精力的に開発が進められている。現在商品化されているφ120mmの光ディスクは、ピット長が0.1μm〜0.2μmで15GB〜30GB程度の容量である。次世代及び次次世代の光ディスクでは、最短ピット長を更に短くすることで、容量を増加させる試みが検討されている。 With the rapid development of the digital information society in recent years, there has been a demand for an increase in capacity of an optical disk, which is a typical storage device, and development is being vigorously promoted in various places. The optical disc of φ120 mm that is currently commercialized has a pit length of 0.1 μm to 0.2 μm and a capacity of about 15 GB to 30 GB. In next-generation and next-generation optical discs, attempts have been made to increase the capacity by further shortening the shortest pit length.
次世代及び次次世代の光ディスクでは、Deep UVレーザ光や電子線による原盤作製が行われている。原盤作製を、Deep UVレーザ光を用いて行った場合は最短ピット長が80nm、電子線を用いた場合で40nm程度の非常に短いピットが形成できることが報告されている。最短ピット長が40nm程度の場合、約500GB/12cmの容量と推定される。高密度記録/再生に用いる光ディスク基板は、前述した光ディスクの原盤を用い、射出成型法により作製される。 In the next-generation and next-generation optical discs, a master disc is manufactured using a Deep UV laser beam or an electron beam. It has been reported that when the master is produced using Deep UV laser light, very short pits having a shortest pit length of 80 nm and an electron beam of about 40 nm can be formed. When the shortest pit length is about 40 nm, the capacity is estimated to be about 500 GB / 12 cm. An optical disk substrate used for high-density recording / reproduction is manufactured by an injection molding method using the above-described optical disk master.
光ディスク基板の溝幅をより狭くする別の手法としては、特許文献1に記載の手法がある。特許文献1では、光ディスク原盤の溝部にサイドウォールを設け、これをもとにNiめっきを行い、より狭い溝部を有する光ディスク基板を射出成型により作製する。 As another method for narrowing the groove width of the optical disk substrate, there is a method described in Patent Document 1. In Patent Document 1, a sidewall is provided in a groove portion of an optical disk master, and Ni plating is performed based on the sidewall, thereby producing an optical disk substrate having a narrower groove portion by injection molding.
また、HDDの大容量化の一候補として、現状の記録密度である100Gビット/平方インチの10倍にあたる1Tビット/平方インチ以上を狙うパターンドメディアの開発も精力的に進められている。1Tビット/平方インチの実現には、ドット間隔を25nm以下にすることが必要であり、かつ、各ドットを円周方向に一列に配列させることが必要である。これを実現させるために、光ディスクに設けられているランド/グルーブパターンと同様な凹凸のパターンを磁気ディスク基板上のAl層に形成し、その後、陽極酸化を行って、グルーブ部にのみ微小ドットを規則的に配列する技術が開発されている。 Also, as a candidate for increasing the capacity of HDDs, the development of patterned media aiming at 1 Tbit / square inch or more, which is 10 times the current recording density of 100 Gbit / square inch, has been energetically promoted. In order to realize 1 Tbit / square inch, it is necessary to set the dot interval to 25 nm or less, and it is necessary to arrange the dots in a line in the circumferential direction. In order to realize this, a concave / convex pattern similar to the land / groove pattern provided on the optical disk is formed on the Al layer on the magnetic disk substrate, and then anodization is performed so that minute dots are formed only on the groove portion. Regularly arranged techniques have been developed.
更には、半導体やTFT素子においても、高集積化、高速低消費電力化を目指して、ゲート長の微細化やソース、ドレイン電極の微細化などが、精力的に研究開発されている。 Furthermore, in semiconductors and TFT devices, with the aim of high integration and high speed and low power consumption, the gate length and the source and drain electrodes have been intensively researched and developed.
上述したような光ディスクやHDD媒体の記録密度の高密度化や、半導体、TFT素子のゲート長等の微細化を行うためには、その元となる原盤やフォトマスクのパターン寸法の微細化をいかに実現するかがキーである。微細化のために、Deep UV露光や電子線露光により極限まで微細化されたパターンの形成が行われている。 In order to increase the recording density of optical disks and HDD media as described above, and to reduce the gate length of semiconductors and TFT elements, how to reduce the pattern size of the original master and photomask Realization is the key. For miniaturization, a pattern that has been miniaturized to the limit by deep UV exposure or electron beam exposure is formed.
また、上述したようなナノレベルの微細パターンとは異なり、光通信デバイスに代表される光導波路では、主に、ミクロン又はサブミクロン単位の微細パターンが使われている。光導波路では、埋め込み型のポリマー光導波路ウエハーの作製が行われており、所望の光導波路形状をした原盤を作製したのち、その微細パターンをSiウエハー上に作りこんでいる。
しかしながら、上述した従来の技術には、以下に示すような問題点がある。すなわち、光ディスクやHDDの基板作製のための原盤や、半導体やTFT等のフォトマスクを作製する際には、原盤の最小寸法、例えばトラック幅、トラックピッチ又はピット形状や、半導体やTFT等のゲート長を規定するフォトマスクの最小線幅は、各々用いる露光機の性能によって決まる。用いる露光機の性能以下の微細パターンの形成ができないため、それ以上の微細化を行うことが困難である。 However, the conventional techniques described above have the following problems. That is, when producing a master disk for manufacturing an optical disk or HDD substrate, or a photomask such as a semiconductor or TFT, the minimum dimensions of the master, such as the track width, track pitch, or pit shape, or the gate of a semiconductor or TFT, etc. The minimum line width of the photomask that defines the length is determined by the performance of the exposure apparatus used. Since it is impossible to form a fine pattern below the performance of the exposure machine to be used, it is difficult to perform further miniaturization.
また、光ディスクの基板は、上述した原盤を用いて射出成型により作製することが一般的であるが、ナノレベルの微細パターンを射出成型によって形成すると、その成型条件によっては、電子線等で描画された微細なパターン形状を忠実に再現することができず、所望の基板特性が得られないという問題が起こることが確認されている。更には、光導波路のような比較的線幅がラフなパターンでも、原盤に刻まれた線幅以下のパターンを容易に作製することは困難であり、パターン幅の微調整などが容易にはできず、再度原盤から作製する必要があり、製造工程の短縮化が困難であるという問題もある。 In general, the substrate of the optical disk is produced by injection molding using the above-mentioned master, but when a nano-level fine pattern is formed by injection molding, depending on the molding conditions, it is drawn with an electron beam or the like. In addition, it has been confirmed that a fine pattern shape cannot be faithfully reproduced and a problem that desired substrate characteristics cannot be obtained occurs. Furthermore, it is difficult to easily produce a pattern with a relatively narrow line width, such as an optical waveguide, that is smaller than the line width engraved on the master, and fine adjustment of the pattern width can be easily performed. However, there is also a problem that it is difficult to shorten the manufacturing process because it is necessary to prepare the master again.
引用文献1では、ガラス原盤にSiN等の誘電体膜を成膜し、サイドウォールを形成するために、RIEによる全面エッチバック処理を行い、ガラス原盤の凹部の底部及び凸部に形成された余分な膜を除去し、サイドウォールのみを残して、凹部の溝幅を狭くしている。引用文献1において、RIEにより、ガラス原盤の凹部の底部及び凸部に形成された余分な膜をエッチバックすると、以下に述べるような問題が生じる。 In Cited Document 1, a dielectric film such as SiN is formed on the glass master, and the entire surface is etched back by RIE to form sidewalls, and the excess formed on the bottom and convex portions of the concave portion of the glass master. The thin film is removed, leaving only the sidewalls, and narrowing the groove width of the recesses. In Cited Document 1, if the excess film formed on the bottom and convex portions of the concave portion of the glass master is etched back by RIE, the following problems occur.
光ディスクに用いる直径の大きなガラス原盤をRIEにより均一にエッチバックすることは非常に難しく、溝幅を規定するサイドウォールの残膜厚を正確にコントロールすることは困難である。また、ガラス原盤の凹部の底部及び凸部では、凹部の垂直に形成された壁の影響で、均一にエッチバックすることができないため、凸部の不要なSiN等は除去できても、凹部の底部に形成された膜は完全に除去されず、膜が残ることで、所望の深さを有するガラス原盤を得ることが困難である。更に、エッチバックする際にエンドポイントを正確に制御することが困難なことから、オーバエッチが発生する場合もあり、所望の形状を再現性よく得ることが非常に難しい。また、上述したように、RIEプロセスでオーバエッチ等により所望のガラス原盤が得られなかった場合には、再度、初めのレジスト工程からやり直す必要が生じるため、非常に時間がかかるという難点もある。 It is very difficult to uniformly etch back a large-diameter glass master used for an optical disk by RIE, and it is difficult to accurately control the remaining film thickness of the sidewall that defines the groove width. In addition, the bottom and convex portions of the concave portion of the glass master disk cannot be etched back uniformly due to the influence of the wall formed perpendicular to the concave portion. The film formed on the bottom is not completely removed, and the film remains, making it difficult to obtain a glass master having a desired depth. Furthermore, since it is difficult to accurately control the end point during etch back, overetching may occur, and it is very difficult to obtain a desired shape with good reproducibility. In addition, as described above, when a desired glass master cannot be obtained by overetching or the like in the RIE process, it is necessary to start again from the first resist process, which is very time consuming.
本発明は、上記問題点を解消し、容易に、転写元となるパターンの線幅よりも線幅が狭いパターンを形成できる微細パターン形成方法、及び、そのような形成方法で形成された微細パターンを有する基板を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and can easily form a pattern having a line width narrower than the line width of a pattern to be transferred, and a fine pattern formed by such a forming method. It aims at providing the board | substrate which has this.
上記目的を達成するために、本発明の微細パターン形成方法は、1以上の凹状パターンが形成された第一の基板上に、誘電体膜を形成する工程と、前記誘電体膜上に第一の光硬化性樹脂を塗布する工程と、前記第一の光硬化性樹脂上に第二の基板を貼り合わせ、光照射により前記第一の光硬化性樹脂を硬化させる工程と、前記第一の基板と第二の基板とを、前記誘電体膜と前記第一の光硬化性樹脂との境界で分離する工程とを有し、前記第一の光硬化性樹脂上に、前記凹状パターンよりも線幅が狭い凸状パターンを転写することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the fine pattern forming method of the present invention includes a step of forming a dielectric film on a first substrate on which one or more concave patterns are formed, and a first step on the dielectric film. Applying the photocurable resin, bonding the second substrate onto the first photocurable resin, curing the first photocurable resin by light irradiation, and the first Separating the substrate and the second substrate at the boundary between the dielectric film and the first photocurable resin, and on the first photocurable resin, more than the concave pattern. A convex pattern having a narrow line width is transferred.
本発明の基板は、上記本発明の微細パターン形成方法で形成された微細パターンを有することを特徴とする。 The substrate of the present invention has a fine pattern formed by the fine pattern forming method of the present invention.
本発明の微細パターン形成方法では、容易に、転写元となるパターンの線幅よりも線幅が狭いパターンを形成できる。 In the fine pattern forming method of the present invention, it is possible to easily form a pattern having a line width narrower than the line width of the pattern to be transferred.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1A〜図1Iは、本発明の一実施形態の微細パターン形成方法で作成される微細パターンの作成過程を表している。微細パターンの作成は、大きく分けて、原盤に形成された凸状のパターンから凹状のパターンを作成する工程(図1A〜図1D)と、凹状のパターンから、凹状パターンよりも線幅が狭い凸状のパターンを作成する工程(図1D〜図1G)と、線幅が狭い凸状のパターンから凹状のパターンを作成する工程(図1G〜図1I)とのとの3つがある。作成される微細パターンは、ストレージデバイス、光学デバイス、バイオデバイス、及び、半導体デバイス等の微細加工に用いることができる。以下、原盤上に形成された第一の微細パターンの一部について、そのパターン形状及びパターン幅が、プロセスによりどのように変化していくかを説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1A to 1I show a process of creating a fine pattern created by the fine pattern forming method of one embodiment of the present invention. Creation of a fine pattern is roughly divided into a step of creating a concave pattern from a convex pattern formed on the master (FIGS. 1A to 1D), and a convex pattern having a narrower line width than the concave pattern. There are three steps: a step of creating a pattern (FIGS. 1D to 1G) and a step of creating a concave pattern from a convex pattern having a narrow line width (FIGS. 1G to 1I). The created fine pattern can be used for fine processing of storage devices, optical devices, biodevices, semiconductor devices, and the like. Hereinafter, it will be described how the pattern shape and the pattern width of a part of the first fine pattern formed on the master changes depending on the process.
原盤モールド1には、電子線露光装置により露光・現像された凸状の第一の微細パターン10が形成されている(図1A)。この原盤モールド1上に、フッ素を含有する第一の光硬化性樹脂2を塗布し(図1B)、第一の基板3と貼り合せる(図1C)。その後、第一の基板3を通して外部から紫外線を照射し、第一の光硬化性樹脂2を硬化させる。紫外線の照射後、原盤モールド1と第一の基板3とを分離する(図1D)。ここまでの工程で、第一の基板3上に、原盤モールド1上に形成された第一の微細パターン10と同じパターン形状及びパターン幅を有する第二の微細パターン11が形成された一次モールド110を得ることができる。第二の微細パターン11は、第一の微細パターン10とは凹凸の向きが逆の凹状パターンである。
A convex first fine pattern 10 exposed and developed by an electron beam exposure apparatus is formed on the master mold 1 (FIG. 1A). A first
なお、上記では、原盤モールド1からパターン転写により一次モールド110を得たが、一次モールドの形成は、これには限定されない。例えば、PC(ポリカーボネイト)基板上に、射出形成により、第二の微細パターン(凹状パターン)を形成し、これを一次モールドとしてもよい。
In the above description, the
次いで、一次モールド110を用いて、第二の微細パターン11と同じパターン形状で、第二の微細パターン11よりも線幅が狭いパターンを作成する。一次モールド110上に、誘電体膜4を成膜する(図1E)。誘電体膜4は、例えばSiO2膜を25nmで成膜する。誘電体膜4を一次モールド110上に成膜することで、一次モールド110上に形成された凹状パターンである第二の微細パターン11は、誘電体膜4の成膜前に比して、パターン幅がより狭くなる。
Next, using the
誘電体膜4の成膜後、一次モールド110上にフッ素含有の第一の光硬化性樹脂2を塗布し、第二の基板5と貼り合せる(図1F)。貼り合せ後、第二の基板5を通して外部から紫外線を照射し、第一の光硬化性樹脂2を硬化させる。硬化後、一次モールド110と第二の基板5とを分離する(図1G)。第二の基板5を分離することで、一次モールド110上に形成された第二の微細パターン11が、第二の基板5上に積層された第一の光硬化性樹脂2上に転写され、凸状の第三の微細パターン12を得ることができる。この第三の微細パターン12は、原盤モールド1上に形成された第一の微細パターン10と同じ凸形状を有しているが、第一の微細パターン10に比して、よりパターン幅が狭いパターンとなっている。
After the formation of the dielectric film 4, the fluorine-containing first
続いて、第二の基板5上に形成された凸状の第三の微細パターン12を二次モールド120として用い、この二次モールド120の微細パターンを転写、形成する。凸状の第三の微細パターン12が形成された二次モールド120上に、第一の光硬化性成樹脂とは異なりフッ素を含有しない第二の光硬化性樹脂7を塗布し、第三の基板6と密着貼り合わせを行う(図1H)。その後、外部から紫外線を照射し、第二の光硬化性樹脂7を硬化させた後、二次モールド120と第三の基板6とを分離する(図1I)。このようにすることで、二次モールド120上に形成された第三の微細パターン12が、第三の基板6上に積層された第二の光硬化性樹脂7上に転写され、第一の微細パターン10より狭い線幅を有する凹状の第四の微細パターン13が得られる。この第四の微細パターン13のパターン形状は、原盤モールド1上の凸状の第一の微細パターン10(図1A)の反転パターンとなっている。
Subsequently, the convex third
図2(a)〜(c)に、各微細パターンの線幅(パターン幅)を示す。二次モールド120は、原盤モールド1上の第一の微細パターン10(図2(a))と同じ線幅の凹状パターン上に誘電体膜4を成膜したパターンからの転写で得られる。このため、二次モールド120上に形成された第三の微細パターン12の線幅は、第一の微細パターン10の線幅よりも狭くなる(図2(b))。また、第四の微細パターン13は、第三の微細パターンの反転パターンであるため、第四の微細パターン13の線幅は、第三の微細パターンの線幅と同じ線幅であり、第一の微細パターン10の線幅よりも狭い(図2(c))。
2A to 2C show the line width (pattern width) of each fine pattern. The secondary mold 120 is obtained by transfer from a pattern in which the dielectric film 4 is formed on a concave pattern having the same line width as that of the first fine pattern 10 (FIG. 2A) on the master mold 1. For this reason, the line width of the 3rd
本実施形態では、1以上の凹状パターン(第二の微細パターン11)が形成された第一の基板3上に誘電体膜4を形成し、誘電体膜4上に第一の光硬化性樹脂2を塗布し第二の基板5を貼り合せた上で第一の光硬化性樹脂2を硬化させる。その後、第一の基板3と第二の基板5とを、誘電体膜4と第一の光硬化性樹脂2との境界で分離することで、第一の光硬化性樹脂2上に、第一の基板3上に形成された凹状パターンよりも線幅が狭い凸状パターン(第三の微細パターン12)を転写する。このようにすることで、第一の基板3に凹状パターンを形成する際に使用した原盤モールド1に形成された凸状パターン(第一の微細パターン10)よりも、線幅が狭いパターンを有する第二の原盤(二次モールド120)を容易に得ることができる。また、誘電体膜4の膜厚を制御することで、第三の微細パターン12の線幅を制御可能であるので、線幅の微調整が容易に実施可能である。
In the present embodiment, the dielectric film 4 is formed on the first substrate 3 on which one or more concave patterns (second fine patterns 11) are formed, and the first photocurable resin is formed on the dielectric film 4. 2 is applied and the second substrate 5 is bonded, and then the first
本実施形態では、上記で作成した二次モールド120上に、第二の光硬化性樹脂7を塗布し第三の基板6を張り合わせた上で第二の光硬化性樹脂を硬化させる。その後、第二の基板5と第三の基板6とを、第一の光硬化性樹脂2と第二の光硬化性樹脂7との境界で分離することで、第二の光硬化性樹脂7上に、二次モールド120に形成された凸状パターンに対応する凹状パターン(第四の微細パターン13)を転写する。このように形成された凹状パターン(第四の微細パターン13)は、第三の微細パターン12と同じ線幅を持つので、原盤モールド1に形成された第一の微細パターン10よりも線幅の狭い凹状の第四の微細パターンを形成することができる。
In the present embodiment, the second photocurable resin 7 is applied on the secondary mold 120 created above, and the third substrate 6 is bonded together, and then the second photocurable resin is cured. Then, the second photocurable resin 7 is separated from the second substrate 5 and the third substrate 6 at the boundary between the first
第三の微細パターン12や第四の微細パターン13は、基板などのパターニングに用いることができる。この場合、基板のパターニングに際しては、高価な原盤を用いる必要がないので、原盤の寿命を延ばすことができ、原盤を繰り返し使用可能なことから、製品の低コスト化も実現できる。
The third
なお、上記では、凹状の第二の微細パターン11から線幅が狭い凸状の第三の微細パターン12を形成し、凸状の第三の微細パターン12から同じ線幅の凹状の第四の微細パターン13を形成したが、第二の微細パターン11から第三の微細パターン12を形成する際と同様なプロセスを用いることで、凹状の第四の微細パターン13から、第四の微細パターン13よりも線幅が狭い別の凸状のパターンを形成することもできる。すなわち、凹状の第四の微細パターン13上に、誘電体膜を成膜し、第一の光硬化性樹脂を塗布し、その上に別の基板を貼り付けた上で第一の光硬化性樹脂を硬化させ、基板を分離する。このようにすることで、第四の微細パターン13よりも線幅が狭い凸状パターンを得ることができる。また、このようにして得た凸状パターンに対して、凸状の第三の微細パターン12から凹状の第四の微細パターン13を形成する際と同様なプロセスを適用することで、第四の微細パターン13よりも線幅が狭い凹状パターンを得ることができる。
In the above, a convex third
本実施形態では、パターン転写に際して、図1C、図1Fではフッ素含有の第一の光硬化性樹脂2を用い、図1Hではフッ素を含有しない第二の光硬化性樹脂7を用いている。このように使い分ける理由は、図1C、図1Fと、図1Hとでは、光硬化性樹脂を塗布する際の下側の層(パターン)の材質が異なるからである。すなわち、原盤モールド1(図1C)の素材としては、Ni、Si、又は、SiO2等が一般的に用いられる。原盤モールド1には、電子線露光装置やDeep−UV露光装置などを用いて作製された第一の微細パターン10が形成される。つまり、第一の微細パターン10は、Ni、Si、SiO2等で形成されている。この場合、第一の微細パターン10を他の基板表面に転写する際に、フッ素を含まない光硬化性樹脂を用いると、パターン転写のために紫外線硬化を行った後に原盤とパターン転写用の基板とを分離するときに、きれいに分離することができず、パターンの破壊や原盤の損傷が生じる。これは、原盤の材料に対して、フッ素を含有しない光硬化性樹脂の密着性が高いこと起因する。これに対し、フッ素を含有した第一の光硬化性樹脂は、紫外線硬化後の表面の水の接触角が100度以上あるため、原盤との分離性がよく、パターン転写をスムーズに行うことができる。
In this embodiment, at the time of pattern transfer, the fluorine-containing first
また、図1Fでは、凹状パターン上に誘電体膜4を成膜し、その上に、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2を塗布している。仮に、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2で形成された凹状パターン上に、直接に、フッ素含有の光硬化性樹脂を塗布し、紫外線等を照射し硬化させることでパターン転写を行うとすると、互いのパターン境界で固着が生じ、転写のためのパターン分離ができなくなる。凹状パターンとして、射出形成により大量に複製されたPC基板上の凹状パターンを用いた場合も同様である。本実施形態では、凹状パターン上に誘電体膜4を成膜するので、凹状パターンがNi、Si、又は、SiO2等以外の材料で形成されている場合も、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2を用いる。凹状パターン上にSiO2等の誘電体膜4を形成し、その上に転写のためのフッ素含有の第一の光硬化性樹脂2を塗布し、硬化させることで、スムースなパターン転写が得られる。同時に、上述した誘電体膜4を積層することで凹部の溝幅が縮小され、元の凹部の溝幅より狭いパターン幅を有する凸状パターンを容易に得ることが可能となる。また、誘電体膜4を凹状に均一に形成することで、RIE等のエッチバック処理により、不要な部分の膜を除去する工程が不要となり、簡便なプロセスによって、より狭いパターン幅を有する基板を容易に得ることができる。
In FIG. 1F, a dielectric film 4 is formed on the concave pattern, and a fluorine-containing first
一方、二次モールド上に形成された凸状パターンを転写する場合(図1H)には、フッ素を含有していない第二の光硬化性樹脂7を用いる。これは、第二の基板5上に形成された第三の微細パターン12(図1G)はフッ素を含有した第一の光硬化性樹脂2で形成されているため、この上にフッ素を含まない第二の光硬化性樹脂7を塗布し、硬化した場合でも、問題なく基板同士が分離でき、パターン転写が可能なためである。また、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂を用いる場合は、貼り合わせる基板の表面に、第一の光硬化性樹脂との密着力を高めるための表面処理が必要であるが、フッ素を含まない第二の光硬化性樹脂を用いる場合には、用いる基板表面になんら密着力を高める表面処理が必要なく、プロセスが簡便なことにもよる。
On the other hand, when transferring the convex pattern formed on the secondary mold (FIG. 1H), the second photocurable resin 7 not containing fluorine is used. This is because the third fine pattern 12 (FIG. 1G) formed on the second substrate 5 is formed of the first
以上、説明したように、パターン転写を行う対象の基板を形成する材料の種類に合わせて、その材料との間でパターン分離が容易な光硬化性樹脂を用いることで、電子線等で描画された転写元の微細パターンを忠実に再現したパターンを得ることができ、所望の基板特性を容易に得ることができる。また、パターン転写の際の転写元の微細パターンとして、射出形成により複製されたPC基板上のパターンを用いた場合には、PC基板が第二の原盤に相当する。この第二の原盤は、射出成形により大量に複製可能であるため、誘電体膜の形成やパターン分離に支障が生じた際にでも、すぐに、別の原盤を用意することができる。従って、容易に、微細パターンの転写、形成を行うことができる。更に、このような場合には、長時間かけて作製された射出成型用のNi原盤は、再度、射出成型に使用できるため、Ni原盤の長寿命化、ひいては、製造コストの低減につながる。 As described above, in accordance with the type of material forming the substrate on which pattern transfer is to be performed, by using a photocurable resin that allows easy pattern separation with the material, drawing is performed with an electron beam or the like. In addition, a pattern that faithfully reproduces the fine pattern of the transfer source can be obtained, and desired substrate characteristics can be easily obtained. Further, when a pattern on a PC substrate replicated by injection formation is used as a transfer source fine pattern at the time of pattern transfer, the PC substrate corresponds to the second master. Since this second master can be replicated in large quantities by injection molding, another master can be prepared immediately even when the formation of the dielectric film or the pattern separation is hindered. Therefore, it is possible to easily transfer and form a fine pattern. Further, in such a case, the Ni master for injection molding produced over a long period of time can be used again for injection molding, leading to a longer life of the Ni master and consequently to a reduction in manufacturing cost.
以下、実施例を用いて説明する。はじめに、第一実施例を説明する。第一実施例は、電子線露光装置により作製されたパターン幅100nmの微細パターンが形成されたSi製の原盤モールドを用いて、この原盤モールドのパターン幅に比べ、より狭いパターン幅を有する二次モールドを形成し、その後、その二次モールドを用いて微細パターンを転写する。ここでは、簡便のため、原盤モールド1上に凸型のパターンが形成されている場合について説明する(図1A)。 Hereinafter, description will be made using examples. First, the first embodiment will be described. The first embodiment uses a Si master mold in which a fine pattern with a pattern width of 100 nm formed by an electron beam exposure apparatus is used, and has a narrower pattern width than the pattern width of this master mold. A mold is formed, and then the fine pattern is transferred using the secondary mold. Here, for convenience, a case where a convex pattern is formed on the master mold 1 will be described (FIG. 1A).
電子線露光装置により作製されたSi製の原盤モールド1上に、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2を塗布し、展開する(図1B)。フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2には、含フッ素モノマー類:25wt%、テトラエチレングリコールジアクリレート:35wt%、2−メチル−2−アダマンチルアクリレート:35wt%、界面活性剤:1wt%、及び、光重合開始剤:4wt%からなる光硬化性樹脂を用いた。フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2をSi製の原盤モールド1上に塗布し、展開した後に、第一の基板3と貼り合せを行った(図1C)。第一の基板3には、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2との間の密着力を高める表面処理が施されている。この表面処理には、一般的には、シランカップリング処理が用いられる。
First, a fluorine-containing first
基板貼り合わせ後、第一の基板3側から紫外線を照射した。紫外線の露光量は、5J/cm2とし、露光時間は15secとした。紫外線照射後、原盤モールド1と第一の基板3とを分離した(図1D)。このとき、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2は、原盤モールド1の凹凸を忠実に反映し、かつ、第一の基板3側に接着した状態で分離した。これは、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2の紫外線硬化後の表面の水の接触角が100度以上あるため、原盤との分離性がよく、また、第一の基板3表面にはあらかじめ表面処理が施してあるために、第一の基板3表面とフッ素含有の第一の光硬化性樹脂2との間での密着力が高いためである。
After bonding the substrates, ultraviolet rays were irradiated from the first substrate 3 side. The exposure amount of ultraviolet rays was 5 J / cm 2 and the exposure time was 15 sec. After the ultraviolet irradiation, the master mold 1 and the first substrate 3 were separated (FIG. 1D). At this time, the fluorine-containing first
基板分離後の第一の基板3の表面には、凹状パターンが転写されたフッ素含有の第一の光硬化性樹脂2の層が形成される。転写された凹状パターンは、原盤モールド1上の凸状パターンの反転パターンであり、パターン幅は、原盤モールド1上の第一の微細パターン10のパターン幅と同じである。この凹状パターンを、第二の微細パターン11と称し、この第二の微細パターン11と第一の基板3とを含めて、一次モールド110と称す(図1D)。
On the surface of the first substrate 3 after the substrate separation, a layer of the fluorine-containing first
続いて、第二の微細パターン11が形成された一次モールド110を用いて、凸状パターンを形成する。まず、第二の微細パターン11上に、誘電体膜4としてSiON膜を25nmで成膜した(図1E)。次いで、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2を塗布し、展開した後、第二の基板5を貼り合わせ(図1F)、紫外線を照射した。紫外線照射条件は、上述した条件と同じである。紫外線照射後、第一の基板3と第二の基板5とを分離すると、第二の基板5上に、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2で形成された凸状パターンが形成される。この凸状パターンを、第三の微細パターン12と称し、この第三の微細パターン12と第二の基板5を含めて二次モールド120と称す(図1G)。
Subsequently, a convex pattern is formed using the
第二の基板5上に転写された第三の微細パターン12(図2(b))は、原盤モールド1(図2(a))に形成された第一の微細パターン10と同様に、凸タイプのパターンである。第三の微細パターン12の線幅は、第一の微細パターン10の線幅よりも狭くなっている。転写された第三の微細パターン12の線幅を計測した結果、パターン幅は48nmであった。原盤モールド1上に形成された第一の微細パターン10のパターン幅は100nmであるので、その約1/2のパターン幅を有するパターンを形成できたことになる。以上から、電子線露光装置により作製された原盤モールド1上のパターン幅に比べ、より狭いパターン幅を有する二次モールド120を得ることができることが確認された。
The third fine pattern 12 (FIG. 2B) transferred onto the second substrate 5 is convex as in the first fine pattern 10 formed on the master mold 1 (FIG. 2A). Type pattern. The line width of the third
次に、第二実施例を説明する。本実施例では、第一実施例で作成した二次モールド120(図1G)を用いて、二次モールド120と同じパターン形状及びパターン幅の凹状パターンを形成する。二次モールド120上に、フッ素未含有の第二の光硬化性樹脂7を塗布し、展開した後、第三の基板6と貼り合せた(図1H)。フッ素未含有の第二の光硬化性樹脂7には、アクリル酸エステルが主成分の紫外線硬化樹脂を用いた。その後、第三の基板6を通して紫外線照射を行い、二次モールド120と第三の基板6とを分離した。紫外線の露光量は6J/cm2とし、露光時間は18secとした。 Next, a second embodiment will be described. In this example, a concave pattern having the same pattern shape and pattern width as the secondary mold 120 is formed using the secondary mold 120 (FIG. 1G) created in the first example. On the secondary mold 120, the second photocurable resin 7 containing no fluorine was applied and developed, and then bonded to the third substrate 6 (FIG. 1H). As the fluorine-free second photocurable resin 7, an ultraviolet curable resin mainly composed of an acrylate ester was used. Thereafter, ultraviolet irradiation was performed through the third substrate 6 to separate the secondary mold 120 and the third substrate 6. The exposure amount of ultraviolet rays was 6 J / cm 2 and the exposure time was 18 sec.
第三の基板6の表面には、フッ素未含有の第二の光硬化性樹脂7で形成された第四の微細パターン13が形成された(図1I)。転写された第四の微細パターン13のパターン幅は、二次モールド120上に形成された第三の微細パターン12のパターン幅と同じ幅であるが、凹凸の向きが逆転している。実際に、転写された第四の微細パターン13のパターン幅を計測したところ、パターン幅は47.6nmとなった。これは、第三の微細パターン12のパターン幅48nmとほぼ同等である。正確に一致しない理由としては、第三の微細パターン12を用いて転写する際の第二の光硬化性樹脂7の硬化収縮が考えられる。
On the surface of the third substrate 6, a fourth fine pattern 13 formed of the fluorine-free second photocurable resin 7 was formed (FIG. 1I). The pattern width of the transferred fourth fine pattern 13 is the same as the pattern width of the third
第一実施例にて説明したように、第二の基板5上に転写された凸状の第三の微細パターン12(図2(b))は、原盤モールド1(図2(a))に形成された凸状の第一の微細パターン10よりもパターン幅が狭い。この第三の微細パターン12を用いて、第三の微細パターン12と同じパターン形状及びパターン幅を有する凹状の第四の微細パターン13を形成することができる(図2(c))。
As described in the first embodiment, the convex third fine pattern 12 (FIG. 2B) transferred onto the second substrate 5 is formed on the master mold 1 (FIG. 2A). The pattern width is narrower than the formed convex first fine pattern 10. Using the third
以上のことから、図1A〜図1Iに示すプロセスを用いることで、電子露光装置により作成された微細パターンを元に、更にパターン幅が狭いパターン、及び、その反転パターンを容易に形成できることがわかる。これは、電子露光装置で形成された極限の極微細パターンを用い、更に狭いパターン幅を有する凹凸上パターンを形成できることを示している。従って、半導体等のゲート長や磁気ヘッドの記録又は再生トラック幅を規定する孤立パターンを、微細化することが可能となる。 From the above, it can be seen that by using the process shown in FIGS. 1A to 1I, a pattern with a narrower pattern width and its inverted pattern can be easily formed based on the fine pattern created by the electronic exposure apparatus. . This indicates that an extremely uneven pattern having a narrower pattern width can be formed using an extremely fine pattern formed by an electronic exposure apparatus. Therefore, it is possible to miniaturize an isolated pattern that defines a gate length of a semiconductor or the like and a recording or reproducing track width of a magnetic head.
ここで、第二の微細パターン11上に積層する誘電体膜4の膜厚と、第三の微細パターン12のパターン幅との関係について説明する。図3に、誘電体膜4の膜厚と第三の微細パターン12のパターン幅との関係を示す。ここでは、第二の微細パターン11のパターン幅を200nmとしている。図3を参照すると、第二の微細パターン11上に積層する誘電体膜4の膜厚増加に伴い、転写される第三の微細パターン12のパターン幅は単調に減少することがわかる。なお、転写されるパターン幅は、誘電体膜4を成膜する初期のパターン幅と誘電体膜4の膜厚とに依存するため、あらかじめ、用いるパターン幅(ここでは出発点である第二の微細パターン11のパターン幅)と誘電体膜4の積層膜厚との関係を把握した上で転写プロセスを進めることが望ましい。
Here, the relationship between the film thickness of the dielectric film 4 laminated on the second fine pattern 11 and the pattern width of the third
パターン幅を調整するための誘電体膜4は、消衰係数が0.1以下の酸化物、窒化物及び酸窒化物からなる群の中から選択されることが好ましい。以下、その理由について説明する。図1E〜図1Fに示したように、第一の基板3上の第二の微細パターン11上にパターン幅を調整するための誘電体膜4を形成し、その上にフッ素含有の第一の光硬化性樹脂2を塗布し、展開した後、第二の基板5と貼り合せ、外部から紫外線照射を行う。その際に、第一の基板3及び第二の基板5の何れかが透明な場合には、その透明な基板を通して紫外線を照射する。照射された紫外線は、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2で吸収され、樹脂の硬化が行われる。
The dielectric film 4 for adjusting the pattern width is preferably selected from the group consisting of oxides, nitrides and oxynitrides having an extinction coefficient of 0.1 or less. The reason will be described below. As shown in FIGS. 1E to 1F, the dielectric film 4 for adjusting the pattern width is formed on the second fine pattern 11 on the first substrate 3, and the fluorine-containing first film is formed thereon. After the
第二の基板5が、金属やSi等の材質で形成されている場合を考える。その場合、紫外線は、第一の基板3側から照射する必要がある。その際、誘電体膜4における紫外線吸収が大きい場合には、照射した紫外光が誘電体膜4で吸収され、フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2に十分に紫外光が届かず、樹脂材料の硬化がうまく進行しない。誘電体膜4の成膜条件を変化させて膜の消衰係数を調整し、実際に、その誘電体膜を通して紫外線を照射した場合の紫外線硬化樹脂の表面の硬度を測定した。表1に、誘電体膜の消衰係数とエンピツ硬度の関係を示す。
Consider a case where the second substrate 5 is made of a material such as metal or Si. In that case, it is necessary to irradiate ultraviolet rays from the first substrate 3 side. At that time, when the ultraviolet absorption in the dielectric film 4 is large, the irradiated ultraviolet light is absorbed by the dielectric film 4, and the ultraviolet light does not reach the fluorine-containing first
表1を参照すると、消衰係数が0.2より小さくなると硬度は2H以上となり硬化が行われていることが判る。第一の光硬化性樹脂2の硬度は、望ましくは3Hの硬度が必要であり、消衰係数としては0.1以下が望ましいといえる。消衰係数が0.1以下の誘電体膜4としては、Si、Al、Ta、Ni、Zr、Zn等の酸化物や、窒化物又は酸窒化物などが幅広く利用できる。
Referring to Table 1, it can be seen that when the extinction coefficient is smaller than 0.2, the hardness is 2H or more and curing is performed. The first photo-
第三実施例について説明する。第三実施例では、光ディスクの成型基板として一般的に用いられている、射出成型により微細パターンが転写されたPC基板を一次モールド110として用いる。通常、微細パターンが転写されたPC基板は、Niの原盤モールドを元に成型機を用いて射出成型により大量作製される。このNi原盤モールドを用い、上記実施例1及び実施例2と同じプロセスで微細パターンの転写を行うこともできる。しかしながら、何らかの要因により、Ni原盤モールドに紫外線硬化樹脂が癒着した場合、高価なNi原盤モールドがそれ以降使用不能となる。これを回避するために、一つのNiの原盤モールドから数千枚単位で作製されるPC基板を用い、以下に示す転写プロセスにより微細パターンを転写する。このようにすることで、高価なNi原盤モールドを損傷することなく、微細パターンを有する基板を大量複製することができる。
A third embodiment will be described. In the third embodiment, a PC substrate to which a fine pattern is transferred by injection molding, which is generally used as an optical disk molding substrate, is used as the
本実施例では、ピットが形成されたROM基板について説明する。図4Aから図4Hに、ROM基板の作成過程を示す。一次モールドとして使用するPC基板を成型するためのNi原盤20には、第五の微細パターン14が形成されている(図4A)。このNi原盤20を用いて、PC基板100に、第六の微細パターン15を形成した(図4B)。このPC基板100を一次モールド110とする。PC基板100に形成されたピット形状(第六の微細パターン15)は、ピット長=200nm、ピット幅=180nm、ピット深さ=60nmであった。
In this embodiment, a ROM substrate on which pits are formed will be described. 4A to 4H show the process of creating the ROM substrate. A fifth fine pattern 14 is formed on the
PC基板100上に、SiO2膜である誘電体層40を、20nmで成膜した(図4C)。誘電体層40の成膜後、PC基板100上にフッ素含有の第一の光硬化性樹脂2を塗布し、展開し、第四の基板8と貼り合わせた後に、第一の光硬化性樹脂2に、第四の基板8を通して紫外線を照射した(図4D)。フッ素含有の第一の光硬化性樹脂2には、含フッ素モノマー類:25wt%、テトラエチレングリコールジアクリレート:35wt%、2−メチル−2−アダマンチルアクリレート:35wt%、界面活性剤:1wt%及び光重合開始剤:4wt%からなる光硬化性樹脂を用いた。また、紫外線の露光量は5J/cm2とし、露光時間は15secとした。紫外線の照射後、PC基板100と第四の基板8とを分離し、第七の微細パターン16を得た(図4E)。
A
次に、第四の基板8上に形成された第七の微細パターン16上に、フッ素未含有の第二の光硬化性樹脂7を塗布し、展開した後に(図4F)、第五の基板9と貼り合せ、第五の基板9を通して紫外線を照射した(図4G)。フッ素未含有の第二の光硬化性樹脂7には、アクリル酸エステルが主成分の紫外線硬化樹脂を用いた。紫外線の露光量は6J/cm2とし、露光時間は18secとした。紫外線照射後、第四の基板8と第五の基板9とを分離し、第二の光硬化性樹脂で形成された第八の微細パターン17を得た(図4H)。
Next, after applying and developing the fluorine-free second photocurable resin 7 on the seventh
第五の基板9上に形成されたピット形状(第八の微細パターン17)は、ピット長=170nm、ピット幅=150nm、ピット深さ=60nmであった。これを、一次モールド110上に形成されたピット形状(図4B)と比較すると、約15%のピット形状の縮小がなされていることがわかる。出発点のピット形状(図4Bの第六の微細パターン15)を最短ピットとした場合、HD DVDフォーマットでは15GB相当に値する。これに対し、上記プロセスを経て、最短ピット長が15%微細化されたことで、容量換算では17.2GBまで大容量化されたことになる。実際に作製した第八の微細パターン17上に金属反射膜を成膜して再生を行った結果、性能指数の一つであるPRSNRは22程度と良好な値を示すことを確認した。
The pit shape (eighth fine pattern 17) formed on the fifth substrate 9 was pit length = 170 nm, pit width = 150 nm, and pit depth = 60 nm. When this is compared with the pit shape (FIG. 4B) formed on the
以上に示したプロセス処理を行うことで、半導体等のゲート長や磁気ヘッドの記録又は再生部のトラック幅を規定する孤立パターンの微細化のみならず、光ディスクのようなランダムな微細ピットが形成された微細パターンにおいても、パターンのさらなる微細化が可能であり、ゲート長や磁気センサのトラック幅の微細化や光ディスクの大容量化が可能である。また、光ディスクと同様な溝パターンを形成したディスクリートトラックを有する磁気ディスク基板の形成においても、上述したプロセスを適用することで、大容量化が可能となる。 By performing the process described above, not only miniaturization of the isolated pattern that defines the gate length of a semiconductor or the like, or the track width of the recording or reproducing portion of the magnetic head, but also random fine pits such as an optical disk are formed. Even in a fine pattern, the pattern can be further miniaturized, the gate length and the track width of the magnetic sensor can be miniaturized, and the capacity of the optical disk can be increased. Also in the formation of a magnetic disk substrate having a discrete track in which a groove pattern similar to that of an optical disk is formed, the capacity can be increased by applying the above-described process.
なお、以上に述べた微細パターンの作製プロセスは上記したものに限定されるものではない。前述のように、順次プロセスを繰り返し行うことで、より微細なパターンの形成が可能である。 Note that the fine pattern manufacturing process described above is not limited to the above. As described above, it is possible to form a finer pattern by repeatedly performing the process.
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の微細パターン形成方法及び基板は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。 As described above, the present invention has been described based on the preferred embodiments. However, the fine pattern forming method and the substrate of the present invention are not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made to the configuration of the above embodiments. Changes are also included in the scope of the present invention.
1:原盤モールド
2:第一の光硬化性樹脂
3:第一の基板
4:誘電体膜
5:第二の基板
6:第三の基板
7:第二の光硬化性樹脂
8:第四の基板
9:第五の基板
10〜17:微細パターン
20:Ni原盤
40:誘電体層
100:PC基板
110:一次モールド
120:二次モールド
1: Master mold 2: First photocurable resin 3: First substrate 4: Dielectric film 5: Second substrate 6: Third substrate 7: Second photocurable resin 8: Fourth Substrate 9: Fifth substrate 10-17: Fine pattern 20: Ni master 40: Dielectric layer 100: PC substrate 110: Primary mold 120: Secondary mold
Claims (10)
前記誘電体膜上に第一の光硬化性樹脂を塗布する工程と、
前記第一の光硬化性樹脂上に第二の基板を貼り合わせ、光照射により前記第一の光硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記第一の基板と第二の基板とを、前記誘電体膜と前記第一の光硬化性樹脂との境界で分離する工程とを有し、
前記第一の光硬化性樹脂上に、前記凹状パターンよりも線幅が狭い凸状パターンを転写する微細パターン形成方法。 Forming a dielectric film on the first substrate on which the one or more concave patterns are formed;
Applying a first photocurable resin on the dielectric film;
Bonding the second substrate on the first photocurable resin and curing the first photocurable resin by light irradiation; and
Separating the first substrate and the second substrate at the boundary between the dielectric film and the first photocurable resin,
A fine pattern forming method of transferring a convex pattern having a narrower line width than the concave pattern onto the first photocurable resin.
前記第二の光硬化性樹脂上に第三の基板を張り合わせ、光照射により前記第二の光硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記第二の基板と前記第三の基板とを前記第一の光硬化性樹脂と前記第二の光硬化性樹脂との境界で分離する工程とを更に有し、
前記第二の光硬化性樹脂上に、前記第二の基板の第一の光硬化性樹脂上に転写された凸状パターンと同じ線幅の凹状パターンを転写する、請求項1に記載の微細パターン形成方法。 Applying a second photocurable resin different from the first photocurable resin on the convex pattern transferred to the first photocurable resin;
Laminating a third substrate on the second photocurable resin, curing the second photocurable resin by light irradiation,
Further separating the second substrate and the third substrate at the boundary between the first photocurable resin and the second photocurable resin,
The fine pattern according to claim 1, wherein a concave pattern having the same line width as the convex pattern transferred onto the first photocurable resin of the second substrate is transferred onto the second photocurable resin. Pattern forming method.
前記誘電体膜上に第一の光硬化性樹脂を塗布する工程と、
前記第一の光硬化性樹脂上に第四の基板を貼り合わせ、光照射により前記第一の光硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記第三の基板と第四の基板とを、前記誘電体膜と前記第一の光硬化性樹脂との境界で分離する工程とを有し、
前記第四の基板上の第一の光硬化性樹脂上に、前記第二の光硬化性樹脂に転写された凹状パターンよりも線幅が狭い凸状パターンを転写する、請求項2に記載の微細パターン形成方法。 Forming a dielectric film on the concave pattern transferred to the second photocurable resin on the third substrate;
Applying a first photocurable resin on the dielectric film;
Bonding the fourth substrate on the first photocurable resin and curing the first photocurable resin by light irradiation; and
Separating the third substrate and the fourth substrate at the boundary between the dielectric film and the first photocurable resin,
The convex pattern having a narrower line width than the concave pattern transferred to the second photocurable resin is transferred onto the first photocurable resin on the fourth substrate. Fine pattern forming method.
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